Полимеры

Пластмассы

В органическом мире с его разнообразием химических веществ, делящихся на различные классы, имеются вещества, которые занимают особый класс в химии. Эти вещества – полимеры. Слово «полимеры» - греческого происхождения и означает поли - много, мерос – части, то есть органические вещества, состоящие из множества частей (сотен, тысяч, десятков тысяч частей). Конечно же, для полимеров характерны большие и очень большие молекулярные массы, что дало им ещё одно широко распространённое название – высокомолекулярные соединения. На страницах сайта Занимательная химия Вы можете найти подробные описания представителей этого класса органических веществ: это и белки, и полисахариды, и нуклеиновые кислоты, а также полиэтилен, каучук, пластмассы, поливинилхлорид и т.д. Полимеры состоят из отдельных мономеров, то есть, как уже говорилось, составляющих частей. Эти части являются остатками молекул других веществ. Число таких остатков молекул в молекуле полимера может быть огромно (от сотен до нескольких десятков тысяч). Такая цепочка, представляет собой звенья полимера. Степень полимеризации определяется числом таких звеньев (остатков молекул, входящих в полимер). Множество звеньев и разнообразие полимеров, конечно же, не могут иметь одинаковое пространственное строение (или одинаковую форму молекул). Если, к примеру, взять одну часть (или одно составляющее звено за букву «М», то можно различить такие формы: линейная форма ... —М—М—М—М—М—М— ... , в которой каждое звено имеет связь с 2-мя соседними звеньями;

другая форма – разветвлённая, когда молекулы цепи связаны с другими молекулами (образуется тройные или четверные связи);

полимеры

ещё одна форма – сетчатая, представляющая строение полимера в виде сетки

полимеры

Среди всего разнообразия полимеров встречаются и так называемые - несимметричные полимеры (например, СН2=СН—X, где X — любая другая часть другой молекулы), среди которых имеются нерегулярные и регулярные полимеры, которые различаются по способу чередования звеньев, например

Полимеры

Полимеры

Все полимеры можно разделить на искусственно получаемые, то есть синтетические полимеры, которые синтезируются человеком путём направленных химических реакций из нефти и газа и других ископаемых. К синтетическим полимерам относятся, например, полистирол и полиэтилен. Другие - природные полимеры получаются в результате синтеза, происходящего в клетках живых организмов - растений и животных. К природным полимерам относятся целлюлоза, крахмал и др. Те и другие полимеры могут иметь как аморфное строение, так и кристаллическое.

Особенностью многих полимеров может быть отсутствие чётко установленной температуры плавления, что сильно отличает их, например, от металлов. При нагревании высокомолекулярные соединения размягчаются и легко поддаются деформации. Такое свойство дало полимерам ещё одно название - пластмассы. Пластмассы имеют малую плотность, то есть очень лёгкие, легче, чем самые лёгкие металлы, но некоторые из них по прочности не уступают чугунам (сплав железа и углерода). По химической активности многие полимеры стойки к любым кислота, щелочам и другим едким веществам, что делает их отличным конструктивным материалом.

Многие знают, что пластмассы - прекрасные диэлектрики, что позволяет их использовать во многих отраслях хозяйства.

Полимеризация

Процесс, в результате которого молекулы сложных органических веществ выстраиваются в длинные цепи, называется полимеризацией Процесс полимеризации характерен для алкенов и диенов, молекулы которых имеют более, чем одну химическую связь, то есть не для предельных углеводородов (у предельных углеводородов- только одна химическая связь).

Существуют 2 механизма протекания полимеризации:

- радикальный механизм полимеризации - относится к веществам, молекулы которых при нагревании разрушаются (распадаются на составляющие) на свободных радикалы. Свободные радикалы - это не молекулы, а лишь их часть, обладающая очень высокой химической активностью из-за наличия в ней свободных связей. Такие радикалы прикрепляются к молекулам других веществ, вызывая при этом появление новых и новых радикалов. Таким образом, образуются большие органические молекулы и гигантские радикалы. Среди таких примеров могут быть органические пероксиды вида R-O-O-R, (где R- различные радикалы), азосоединения (R-N=N-R), а также кислород. Реакция полимеризации может быть вызвана различными внешними воздействиями, например гамма-излучением или ультрафиолетовым лучом. Рост молекул полимера можно ограничить искусственным способом, если, например, радикал, который собирает к себе молекулы и другие радикалы, случайно соединится с радикалом или молекулой, образующей малоактивный радикал.

- ионная полимеризация - ещё один механизм образования полимеров. Для протекания ионной полимеризации первоначально необходимо из большой органической молекулы (макромолекулы) получить реакционноспособные ионы (анионы и катионы). В зависимости от типа (катионной или анионной) полимеризации реакция проходит при низких температурах в присутствии бора, хлорида алюминия и неорганической кислоты (это катионная полимеризация). Для анионной полимеризации требуется амиды и щелочные металлы, способные превращать отдельные органические молекулы в химически активные анионы (часть молекул со свободной связью), которые в последствие способны образовывать большие молекулы полимера.

Процесс полимеризация различных молекул требует различные условия, например, стирол способен полимеризоваться на открытом воздуха при обычных условиях, другим - требуются специальные катализаторы, третьим - температурный режим и высокое давление.

Полимеризация